О программе комплексного использования первичных природных ресурсов

Дашут Е. С.

В России с ее огромными богатствами полезных ископаемых в настоящее время в список дефицитных металлов входят: уран, марганец, хром, титан, цирконий, литий, рений и др. По всем видам полезных ископаемых, которые отнесены к стратегическим и дефицитным, наблюдается снижение добычи. Так, с 2018 по 2020 г. потребности различных отраслей российской экономики в марганце, хроме, титане и литии полностью обеспечивались за счет импорта. В связи с отсутствием разделительного производства редкоземельных металлов (РЗМ) или их смесей 100% потребностей промышленности в РЗМ удовлетворяются за счет импорта [1].

Технологическая отсталость сегодня является одним из наиболее критических рисков дальнейшего развития отрасли. Часто используются «не передовые технологии»¹, не позволяющие обеспечить эффективное и комплексное извлечение полезных ископаемых [2]. Необходимость обновления производства отмечается и в новой редакции Стратегии национальной безопасности РФ, в которой научно-технологическое развитие и рациональное природопользование определены как стратегические приоритеты развития РФ [3].

Эксплуатация устаревших технологий реально воспринимается как угроза конкурентоспособности экономики в процессе развития очередной технологической революции, которая происходит в настоящее время [4-7]. Завершается эпоха монопродуктового использования первичных природных ресурсов. Для технологического и производственного развития необходимы решения опережающего характера [8; 9]. Исходя из этого, необходимы технологии, сокращающие импорт полезных ископаемых [10-12]. Предстоит сформировать новый государственный институт развития - создать некую среду, стимулирующую деловую и творческую активность в сфере инновационного и рационального природопользования, которая должна обеспечить возможность генерировать и материализовать новые полипродуктовые технологии, позволяющие эффективно и рационально использовать природные ресурсы. Предложение разработки комплексной программы рационального использования первичных природных ресурсов (РИППР) направлено на решение этой двуединой задачи. Ниже, последовательно, с аргументацией и пояснениями механизма функционирования приведены отдельные компоненты комплексной программы, сформулирована основная идея, изложен вариант направления движения к поставленной цели.

Возможность полного и комплексного использования сырья

По закону Кларка-Вернадского (о всеобщем рассеянии и концентрации химических элементов), в любом объекте природной системы находятся все известные на Земле элементы, но в различных концентрациях. [13]. На практике это означает, что любая проба горной породы (добытого сырья либо промышленных отходов) в разных объемах содержит всю номенклатуру химических элементов.

В народном хозяйстве породу с высокой концентрацией того или иного элемента называют рудой. На горно-обогатительных комбинатах руду обогащают, т.е. удаляют нецелевые для данного предприятия соединения. При этом суммарная доля полезного извлеченного вещества (от добытого) может составлять от 5 до 50%. Оставшаяся часть вещества в виде твердых промышленных отходов направляется в «хвосты», отвалы. Отсутствие реального продвижения в области полного и комплексного использования вещества провоцирует эксплуатацию устаревших технологических способов, «грязных» технологий еще XIX в. Например, в производстве алюминия до настоящего времени используется способ Байера² - это гидрохимический способ получения глинозема из бокситов. Согласно расчетам, по этому способу 1 т произведенного алюминия формирует порядка 17 т промышленных отходов³ (рис. 1).

Так, при переработке Чадобецких бокситов по методу Байера в отходы на захоронение перейдут в том числе присутствующие в них редкие элементы: ванадий (V₂O₅) - 0,14%, галлий (Ga) - 73,2 г/т, германий (Ge) - 8,5 г/т, оксид ниобия (Nb₂O₅) - 0,108%, скандий (Sc) -0,0076 %, оксид тантала (Ta₂O₅) - 0,0018%, а также редкие земли - 0,365% на массу [14].

Приведенный пример характерен для существующих крупнотоннажных монопродук-товых производств в области первичной переработки природных ресурсов. Вместе с тем он подчеркивает актуальность создания национальных информационных массивов , ориентированных на сопровождение начальных стадий жизненного цикла технологии, так называемую область disembodied/dissembled technology (по методологии ООН) [15].

В настоящее время общий объем накопленных промышленных отходов в России составляет порядка 100 млрд. т, при этом их ежегодный прирост составляет свыше 5 млрд. т [16]. Исходя из вышесказанного можно утверждать, что большая часть добытого сырья, содержащего ценные химические элементы, просто идет в отходы.

Институтом химии и химической технологии СО РАН разработан ряд принципиально иных технологий, позволяющих полностью и безотходно использовать добытое сырье [17]. В рамках предлагаемых технологий перерабатываемый материал переводится в некое гомогенное состояние, позволяющее последовательно извлечь все присутствующие элементы в виде бинарных соединений, в том числе и соединения редкоземельных элементов . В дальнейшем все эти извлеченные соединения последовательно либо переводятся в устойчивое состояние чистых оксидов, либо могут быть направлены на дальнейший технологический маршрут превращений в веществе для получения заданного полезного продукта [18; 19]. Соединения редкоземельных элементов в виде смесей могут быть переведены в мишметалл. По сути - предложена новая полипродуктовая технология, развитие которой может быть весомым аргументом при отказе от нерационального монопродуктового уклада использования добытого сырья.

Предварительные расчеты, проведенные на примере переработки «красных» шламов на Каменск-Уральском алюминиевом заводе, показывают, что существует возможность эффективно задействовать эту технологию на практике (рис. 2).

Важной особенностью в оценке промышленных отходов является тот факт, что в процессе монопродуктовой переработки исходного сырья концентрация оставшихся в них элементов на единицу веса отходов существенным образом повышается. Это обстоятельство (с учетом полипродуктовой технологии в активе) дает основание рассматривать существующие отвалы как техногенные месторождения ценного сырья, в том числе и редкоземельного. Таким образом, возможность перехода на полное и комплексное использование природных ресурсов существует, однако для ее реализации необходима качественно новая инфраструктура.

Инфраструктура сопровождения распределенного производства

Такой инфраструктурой может стать инфраструктура сопровождения распределенного производства (ИСРП) - государственный институт развития, включающий оператора и иные смежные сетевые организации. Назначение ИСРП - координирующая роль в представлении научно-технологической информации о потребляемых/производимых ресурсах, а также потенциально возможных наилучших способах их использования на всех стадиях жизненного цикла технологии. Иными словами, назначение ИСРП - представить узкоспециализированную информацию в понятном для обычного пользователя виде (интерфейсе). По сути это качественно новая национальная информационно-технологическая среда, обеспечивающая высокий уровень производственной кооперации и перераспределения ресурсов, стимулирующая развитие деловой активности и технического творчества в отечественном промышленном производстве. ИСРП должна опираться на блок систематизированных и унифицированных данных, обеспечивающих генерацию, вызревание и реализацию спроектированной технологии на всех этапах ее жизненного цикла; обеспечивать в единых форматах и на единых правилах инструментальную среду нового уровня качества [20]. Предоставляя возможность горизонтальной и вертикальной кооперации технологических возможностей и перераспределения ресурсов, ИСРП позволяет генерировать новые экономически выгодные технологические маршруты производства продукции (от идеи, проекта до готовой продукции) - гибкие технологические цепочки (ГТЦ)⁴. Реализация таких технологических цепочек является новым способом организации распределенного производства. Причем в рамках зоны ИСРП осуществлять ГТЦ может даже предприниматель, не имеющий собственного производства. Такой предприниматель (инициатор ГТЦ) по терминологии ООН называется «бесфабричный товаропроизводитель». Этот термин был введен в деловой оборот в 2016 г., когда UNECE издало соответствующее руководство [21, гл. 2, п. 2.41. с. 17].

ИСРП предоставляет полную информацию, отвечающую на главные вопросы предпринимателя:

• Что производить?
• Из чего производить?
• Каким образом производить?
• За сколько производить?
• Сколько (в каком количестве) производить?

Отметим, что при соответствующих фильтрах ИСРП может являться важнейшим механизмом по интегрированию потенциальных возможностей предприятий «Ростеха» и «Росатома» на производство гражданской продукции и развитие местной промышленности.

В целом, ИСРП является масштабным инвестиционным и инновационным проектом, способствующим консолидации научно - технического, производственного и ресурсного потенциала России, а также обеспечивающего процесс перехода на полное и комплексное использование природных ресурсов. Обоснование и необходимость создания такой системной структуры изложены нами в [15; 20], а также подтверждена положениями Стратегии национальной безопасности РФ (пп. 60, 62, 63, 65, 67) [3].

Основная идея программы РИППР

Выше, в тезисном виде были представлены отдельные программные компоненты, пояснения по актуальности их разработки, а также некоторые предложения по способу их реализации и внедрению, что дает возможность сформулировать идею программы РИППР.

Программа РИППР опирается на две взаимодополняемые и взаимосвязанные смежные программы, которые предлагается разработать и реализовать.

Программа организации и внедрения в деловой оборот инфраструктуры сопровождения распределенного производства (ИСРП). Ожидаемый эффект реализации данной программы будет выражен в формировании качественно новой среды, обеспечивающей возможности генерации и задействования ГТЦ.

Программа рекультивации территорий отвалов промышленных отходов, накопленных за период индустриального производства⁵. Ожидаемый мультиэффект реализации данной программы будет выражен в очистке территории страны от отвалов вредных промышленных отходов, отработке навыков и компетенций по разработке и эксплуатации полипродуктовой технологии, внедрении в деловой оборот качественно новой схемы организации распределенного производства и ее инфраструктуры.

В самых общих словах идея по разработке и внедрению в практику программы РИППР состоит в следующем (рис. 3).

В качестве исходного сырья предлагается использовать промышленные отходы; в разделительном блоке по некой технологии поэлементно разложить сырье на гомогенные химические соединения (например, хлориды); после разделения использовать полученные соединения как опорные элементы для генерации технологических маршрутов переработки. С помощью графа потенциальных возможностей (ИСРП) сгенерировать и отобрать наиболее эффективные технологические маршруты химических превращений из опорных компонентов в продукцию, имеющую потребительскую ценность; с учетом предоставляемых возможностей ИСРП:

• разработать проектную документацию;
• выполнить высокотехнологичные модульные установки (технологические комплексы);
• подготовить площадку для размещения оборудования рядом с отвалами;
• задействовать комплексы в эксплуатацию.

Часть произведенной продукции в виде строительных материалов и изделий можно привязать к потребностям местных подразделений ЖКХ, часть в виде высококачественного сырья отправить на металлургические комбинаты, часть - на производственную кооперацию для получения высокотехнологичной продукции, остаток в виде смеси редкоземельных хлоридов перевести в мишметалл и реализовать посреднику с условием дальнейшей передачи на разделение и очистку РЗМ.

Порядок переработки отходов определяется следующим образом. В первую очередь нейтрализуется поток поступающих от действующего предприятия промышленных отходов. Далее, мощность переработки увеличивается за счет введения в эксплуатацию необходимого количества комплексов⁶, при этом используется сырье из существующих отвалов. По мере совершенствования комплексов, состоящих из гибких технологических модулей, базовое предприятие может последовательно осуществлять замену устаревших технологий на современные.

Важная особенность вовлечения в деловой оборот соединений редкоземельных металлов (РЗМ) состоит в том, что их основная часть в виде смеси хлоридов РЗМ получается остаточным образом после использования всех основных опорных элементов . Но смесь хлоридов РЗМ - это еще не чистые вещества. Известно, что получение чистых РЗМ связано со специализированными высокотехнологичными процессами, которые на площадке выполнить не представляется возможным. Следовательно, необходима следующая организационная схема: высококонцентрированная смесь хлоридов РЗМ на площадке перерабатывается в транзитное состояние, например, в мишметалл и как готовая продукция реализуется посреднику для аккумулирования и направления на дальнейшую переработку - очистку и разделение РЗМ. Таким посредником может быть, например, Гохран России. Важно, что каждая функционирующая площадка⁷ с десятками комплексов ГТЦ при гарантированных закупках мишметалла по рыночным ценам может быть крупным поставщиком концентрата РЗМ. При масштабировании предлагаемой модели организации распределенного производства с гибкими технологическими цепочками без открытия новых месторождений решается проблема дефицита РЗМ для внутреннего рынка.

Дополнительный фактор: отработка предлагаемой схемы полной переработки отходов на конкретной технологической площадке в рамках единой ИСРП имеет высокую вероятность масштабирования производства по всей территории РФ, СНГ, ШОС. Дело в том, что на различных площадках в отвалах меняется лишь элементный состав существующих отходов, в то время как организационная схема остаётся неизменной. Важно, что каждая функционирующая площадка с десятками комплексов ГТЦ может быть крупным поставщиком концентрата РЗМ.

Признание Стратегией национальной безопасности РФ факта нерационального использования первичных ресурсов как угрозы конкурентоспособности экономики позволяет надеяться на последовательный переход промышленности к рациональному использованию природных ресурсов. Несмотря на существующие проблемы, потенциал роста в России остается высоким, а пространство для развития российской экономики - огромным [22].

Выводы и предложения

В рамках программы по рациональному использованию первичных природных ресурсов (РИППР):

1. Формируется новая модель организации распределенного производства с гибкими технологическими цепочками (ГТЦ). Открывается качественно новое информационно-технологическое пространство, позволяющее посредством ИСРП и ГТЦ генерировать и материализовать продукцию с заданными потребительскими свойствами. При этом уровень задаваемых продукции свойств будет ограничен исключительно размерами создаваемого пространства, элементным составом сырья и качеством исполнения;
2. Практическое внедрение новой модели организации распределенного производства в деловой оборот осуществляется посредством реализации программы по рекультивации территорий отвалов промышленных отходов - полной очистки территории России от промышленных отходов (отвалов, шламовых озер). При этом без открытия новых месторождений решается вопрос с дефицитом РЗМ и иных стратегических металлов.

Данная программа способна обеспечить высокий уровень развития деловой активности и технического творчества, осуществить на деле тезис: Россия - страна возможностей. Однако для ее реализации требуется государственная поддержка.

В свете вышеизложенного предлагается:

• разработать комплексную программу рационального использования первичных природных ресурсов (РИППР) с учетом входящих в нее взаимосвязанных программ;
• провести отдельный НИР по разработке требуемых классификаций - информационных осей координат нового информационно-технологического пространства функционирования ИСРП. Речь идет о классификации человеческих потребностей, систематизированных с графом потенциальных возможностей, а также классификации состояний трансформируемого вещества в процессе переработки (от первичных ресурсов к продукту).

¹ Термин Счетной Палаты РФ, под которым понимаются технологии, не обеспечивающие эффективной переработки, обогащения и комплексного извлечения полезных ископаемых, допускающих потери попутных полезных ископаемых.

² Способ был предложен в России К.И. Байером в 1895-1898 гг.

³ С учетом технической воды на транспорт шлама.

⁴ Гибкие технологические цепочки — по аналогии с глобальными цепочками создания стоимости (ГЦСС) (Global Value Chain).

⁵ В настоящее время на территории РФ в отвалах и шламовых озерах складировано порядка 100 млрд. т промышленных отходов.

⁶ На одной площадке может быть размещено более десяти комплексов.

⁷ Промышленная площадка по переработке промышленных отходов посредством ГТЦ.

Литература / References

1.   Тихонов С. Бесполезные ископаемые // Российская газета. Федеральный выпуск. 20 мая 2021 г. № 110 (8461)  [Tikhonov S. Useless fossils // Rossiyskaya gazeta. Federal Issue. No. 110 (8461)].
2. Отчет о результатах контрольного мероприятия «Оценка эффективности управления государственным фондом недр в 2018-2019 годах и истекшем периоде 2020 года в целях устойчивого обеспечения базовых отраслей экономики страны видами минерального сырья, ресурсы которых недостаточны и обеспечиваются в том числе за счет импорта». Утвержден Коллегией Счетной палаты РФ 26 февраля 2021 года. Счетная палата РФ. 2021 г. 53 с. [Report on the results of the control event «Assessment of the effectiveness of the management of the state subsoil fund in 2018-2019». The Accounting Chamber of the Russian Federation.]
3. Указ Президента Российской Федерации от 2 июля 2021 г. № 400 «О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации». [Decret ofthe President ofthe Russian Federation». No. 400 of July 2, 2021 «The National Security Strategy ofthe Russian Federation»].
4. Широв А.А. Многоуровневые исследования и долгосрочная стратегия развития экономики. М.: МАКС Пресс, 2015. 264 с. ISBN 9785317050337. [Shirov A.A. Multilevel research and long-term strategy of economic development. Moscow: MAX Press, 2015. 264 p. (In Russ.)].
5. Широв А.А., Гусев М.С., Колпаков А.Ю. и др. Трансформация структуры экономики: механизмы и управление. М.: МАКС Пресс, 2018. 264 с. DOI 10.29003/m221.978-5-317-05985-9. [Shirov A.A., Gusev M.S., Kolpakov A.Yu. et al. Transformation ofthe structure ofthe economy: mechanisms and management. Moscow: MAX Press, 2018. 264 p. (In Russ.)]
6. Узяков М.Н., Узяков Р.М. Конкурентоспособность российской экономики: возможности измерения и графическая визуализация // Научные труды: ИНП РАН. М.: МАКС Пресс, 2020. С. 31-45. DOI 10.47711/2076318-2020-31-45. [Uzyakov M.N., Uzyakov R.M. Competitiveness of the Russian economy: measurement capabilities and graphical visualization // Scientific works: INP RAS. Moscow: MAX Press, 2020. Pp. 31-45. (In Russ.)].
7. Комков Н.И., Чекаданова М.В. Методические основы целевого управления развитием социально-экономических систем // Научные труды: ИНП РАН. М.: МАКС Пресс, 2019. С. 75-96. DOI 10.29003/m812.sp_ief_ras2019/75-96. [Komkov N.I., Chekadanova M.V. Methodological foundations of targeted management of the development of socio-economic systems // Scientific works: INP RAS. Moscow: MAX Press, 2019. Pp. 75-96. (In Russ)].
8. Kuvalin D.B., Zinchenko Yu.V., and Lavrinenko P.A. Russian Companies in Autumn 2020: Activities in the COVID-19 Pandemic and Views on the Transition to the Best Available Technologies (BAT) // Studies on Russian Economic Development. 2021. Vol. 32. № 3. Pp. 325-335. DOI: 10.1134/S1075700721030084.
9. Борисов В.Н., Почукаева О.В., Балагурова Е.А., Орлова Т.Г., Почукаев К.Г. Модель экспортно-ориентированногоразви-тия российского машиностроения // Научные труды: ИНП РАН. М.: МАКС Пресс, 2020. С. 316-326. DOI 10.47711/2076-318-2020-316-326. [Borisov V.N., Pochukaeva O.V., Balagurova E.A. et al. Model ofexport-oriented development of Russian mechanical engineering //Scientific works: INP RAS. Moscow: MAX Press, 2020. Pp. 316-326. (In Russ.)].
10. Ивантер В.В., Белоусов Д.Р., Блохин А.А. и др. Структурно-инвестиционная политика в целях устойчивого роста и модернизации экономики. Научный доклад /Рук. и отв. ред. В.В. Ивантер. М.: ИНП РАН, 2017. 34 с. [V.V. Ivanter, D.R. Belousov, A.A. Blokhin, et al., Structural Investment Policy for Sustainable Growth and Modernization of the Economy. Scientific Report / Ed. by V.V. Ivanter. Institute of Economic Forecasting of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 2017. (In Russian].]
11. Клебанер В.С., Кувалин Д.Б. Вопросы оценки и стимулирования инновационной активности // Проблемы и перспективы технологического обновления российской экономики: коллективная монография. М.: МАКС Пресс, 2007. С. 125-146. [Klebaner V.S., Kuvalin D.B. Questions ofevaluation and stimulation ofinnovation activity//Problems andprospects oftechnological renewal oftheRussian economy: a collective monograph. INP RAS. M.: MAX Press, 2007. Pp. 125-146. (n Russ.)].
12. Буданов И.А. Учет институциональных особенностей инвестиционных процессов при прогнозировании экономического развития // Научные труды: ИНП РАН. 2020. С. 8-30. DOI 10.47711/2076-318-2020-8-30. [Budanov I.A. Taking into account the institutional features of investment processes in forecasting economic development // Scientific works: INP RAS. Moscow: MAX Press, 2020. Pp. 8-30. (In Russ.)].
13. Селиванов С.Е. Кларки в крупных природных системах // Вестник МАНЭБ. 2016. Т. 21. № 1. С. 56-61. [Selivanov S.E. Clarks in large natural systems // VestnikMANEB. 2016. Vol. 21. No. 1. Pp. 56-61. (In Russ.)].
14. Шибистов Б.В. Бокситы и железоалюминиевые руды Нижнего Приангарья и проблемы их комплексного освоения // Журнал СФУ. Сер.: Техника и технологии. 2013. Т. 6. № 8. С. 995-1002. [Shibistov, B.V. Bauxites and iron-aluminum ores of the Lower Angara region and problems of their complex development // Journal of SibFU. Series: Equipment and technologies. 2013. Vol. 6. No. 8. Pp. 995-1002. (In Russ.)].
15. уров Б.Л., Дашут Е.С., Комков Н.И. Условия и организация перехода к базовым технологиям нового технологического уклада // МИР (Модернизация. Инновации. Развитие). 2012. № 8. С. 46-50. [Burov B.L., Dashut E.S., Komkov N.I. Conditions and organization of transition to basic technologies of a new technological way //MIR (Modernization. Innovations. Development). 2012. No. 8. Pp. 46-50. (InRuss.)].
16. Волынкина Е.П. Анализ состояния и проблем переработки техногенных отходов в России // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 2 (20). С. 43-49. [Volynkina E.P. Analysis of the state and problems ofprocessing of technogenic waste in Russia // Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2017. № 2 (20). Pp. 43-49. (In Russ.)].
17. Михалев А.Л., Парфенов О.Г. Безотходная переработка ильменитовых и титаномагнетитовых концентратов // Химия в интересах устойчивого развития. 2008. T. 16. № 2. С. 237-240. [Mikhalev A.L., Parfenov O.G. Waste-free processing of ilmenite and titanomagnetite concentrates // Chemistry in the interests of sustainable development. 2008. Vol. 16. No. 2. Pp. 237-240. (InRuss.)].
18. Парфенов О.Г., Пашков Г.Л. Особенности субхлоридной металлургии титана // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 2009. № 2. С. 26-31. [Parfznov O.G., Pashkov G.L. Features of titanium subchloride metallurgy // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2009. No. 2. Pp. 26-31. (In Russ.)].
19. Парфенов О.Г. Научные основы субхлоридной комплексной переработки нещелочного сырья на примере титаномагнетитовых и ильменитовых концентратов: автореф. дисс. докт. тех. наук. ИХХТ СО РАН. Красноярск, 2009. 47 с. [Parfenov O.G. Scientific bases of subchloride complex processing of alkaline raw materials on the example of titanomagnetite and ilmenite concentrates: abstract of the dissertation of the Doctor of Technical Sciences IHXT SB RAS. Krasnoyarsk, 2009. 47 p. (In Russ.)].
20. Dashut E.S. Information, Technological Infrastructure Organizations and Support of Production: Prospective Institute for Development // Studies on Russian Economic Development. 2021. Vol. 32. No. 3. Pp. 274-279.
21. Руководство по измерению глобального производства. UNECE. ООН. Нью-Йорк и Женева, 2016. 210 с. A guide to measuring global production. New York, UN, 2016. Chapter 7, item 7.1].
22. Ивантер В.В., Говтвань О.Дж., Гусев М. С. и др. Система мер по восстановлению экономического роста в России // Проблемы прогнозирования. 2018. № 1(166). С. 3-9. [Ivanter V.V., Govtvan O.D., Gusev M.S. et al. System ofmeasures to restore economic growth in Russia //Problemy Prognozirovaniya. 2018. № 1(166). Pp. 3-9. (In Russ.)].